La estructura interna de un componente técnico describe todos sus elementos y sus respectivas interacciones. La optimización estructural es, por tanto, esencial para la optimización de los componentes y comprende las tres etapas siguientes, ordenadas jerárquicamente: optimización de la topología, optimización de la forma y optimización de la sección transversal. La norma industrial para realizar estos cálculos es el método de los elementos finitos (MEF).
Optimización de la topología
La topología de un componente también se conoce como su forma básica. Esto describe su estructura, que no cambia incluso bajo diferentes tipos de deformación. Básicamente, esto se refiere a los agujeros y cavidades característicos de un elemento, pero no a sus dimensiones y características. Así, un anillo y una taza con asa tienen la misma forma. Independientemente de los detalles y las dimensiones, y especialmente después de una deformación como la flexión o el estiramiento.
La optimización asistida por ordenador de la topología o la forma desempeña un papel importante en el desarrollo de componentes. Suele utilizarse al principio del proceso de diseño para obtener ideas para una forma sensata. Una elección inteligente de la forma puede ahorrar material y, en consecuencia, peso de los componentes y costes de material más adelante. Se introduce toda la información sobre el espacio geométrico máximo que puede ocupar el elemento posteriormente en funcionamiento, sobre las restricciones y las cargas. Con la ayuda de numerosas ejecuciones de simulación, estas variables de entrada se utilizan para determinar la forma óptima del componente que mejor resiste las fuerzas que actúan sobre él. Estos sirven como punto de partida para los siguientes pasos de diseño. La optimización de la topología representa la etapa de optimización más flexible.
Optimización de la forma
Este tipo de optimización de la estructura de un componente, conocido como "diseño óptimo de la forma", se basa en una topología ya definida. Sin embargo, los resultados de la optimización de la topología suelen mostrar un perfil de tensión heterogénea, que se homogeneiza al optimizar la forma. Ahora se puede optimizar el modelo para una propiedad específica. Esto se hace cambiando la superficie, variando principalmente las cantidades geométricas. Además, es posible aumentar y también disminuir los ángulos y alargar o también acortar elementos individuales. El método de elementos finitos también se utiliza para este tipo de simulación.
Optimización de la sección transversal
En este enfoque de la optimización de componentes, también denominado "dimensionamiento", la topología y la forma ya están fijadas. Las variables que se modifican son entonces sólo valores como el espesor, el área de la sección transversal o el momento de inercia de los elementos individuales.
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